爱吱声

标题: 谈谈湿度传感器 [打印本页]
作者: 可梦之    时间: 2020-5-27 23:25
标题: 谈谈湿度传感器
看到捣江湖的帖子。我就在做适度传感器，聊两句。& Z: ~0 b5 G$ z+ i" C3 ^
/ _0 h: u2 q7 Z$ h: s
原来想的很简单，做一个传感器，报告给我当前土壤湿度是多少，比如50%，然后据此浇水。
. q2 ]" D1 K( f/ H( W
$ e- Z4 Q0 J0 X/ Y9 ]8 p但做起来并不容易。如果如视频中，自己用，知道土壤类型，用户情况是固定的，并不是很难。但是想做出来一个适用于各种土壤，各种情况都比较精确的，很难。我们购买了市面上各种传感器，包括很专业的传感器，没有一个满意的。有的在某种土壤里湿度最多30%，怎么也升不上去，有的相反有点水就爆表。
0 ^" ]7 J. x0 D8 T& y9 f8 E4 a& e/ ?' [% ]5 `
主要难点在于测量出来的物理参数和湿度的对应关系很复杂。湿度传感器主要有两种方法，一个是电阻测量法，一个是电容测量法。电阻测量法更简单，但我们经验更不稳定些。但是不管电阻，还是电容，除了土壤湿度，还受很多其他因素影响，比如土壤类型，比如酸碱度，插的的松紧度和深度，甚至包括温度。这样，同样的湿度，不同的土壤，你测出来的电阻、电容可能差别就很大。你不知道其他因素的情况下，想建模是很难的。相当于你把一个高维的曲面投射到二维平面上，然后搞一个线性关系出来。总有情况让你的模型误差很大。
! P4 n/ Y' C7 P2 s
0 n+ h% p- ~3 a# B: U不过好的一点是，用户也不知道正确的湿度是多少？0%和100%好定义，中间的就很难，土壤半干，你说是50%还是70%？只要不太离谱，用户都能接受。对于绝大部分用户来说，他们觉得有一个传感器插到土壤里，直接测湿度还不准吗，心理踏实。其实很多情况下还不如用模型预估出来的湿度靠谱。想作出一个好的模型来，真的好难啊。我们折腾了两三年，还总是有不满意的情况。如果有人有好点子，那就太感谢了。" m% N& q& w3 n
: ]" F- h: T% k* y) t
之前去CES，看到法国人搞的一套系统，他们脑洞大开。在花盆下放一个体重计，你浇水了，重量不就增加了吗，根据重量测量湿度。但这个需要用户来定义，多少重量是多少湿度，而且随着植物的增长，这个关系还得更新。前两年看他们转做无人机了，应该是效果不好。还有人通过渗透压来测量，但是需要用户给sensor里灌水，感觉也不靠谱。- P$ l; d/ t/ v- x; Z
* P$ H9 m$ X" Z' P7 Y$ l
看起来简单的事情，做好了，不是很容易。当然，特定情况下还是可以做到很靠谱的。比如检测有没有水/漏水，技术就很成熟。农业上的、工业上的，可能问题也不大。你可以针对每个客户不同的情况优化模型。. `5 O4 ^& @  \0 Z/ n

& f0 S5 A  n, P  N8 I+ ^但是2C就很难，你不知道的情况太多，用户也没有耐心给你测那些东西。好在很多用户虽然很感兴趣，但是时间长了也就不怎么关注了。而且大家都做的不咋样，你只要做的比别人好一点就成。0 b- l7 o$ {4 f+ v
作者: smileREGENT    时间: 2020-5-28 00:24
口腔里的操作也受限于湿度。6 o. j$ z3 x7 P1 c0 @
9 }5 ]4 P  x; L/ ?
树脂补牙的时候，要先涂一层粘接剂，让其进入牙本质的胶原纤维网中，形成微机械固位，这是树脂补牙材料粘接力的主要来源。# n, q8 ~: E$ k/ U
4 y, a/ j: f, R4 v
这里面的关键要求是“湿粘接”，即涂粘接剂前，牙齿表面的湿度要适当。
# A7 a7 Y* l3 J# E  B+ ~% H+ K, T( b- U0 Q) i5 ?3 V
既不能太干，胶原纤维网塌陷，导致粘接剂无法进入胶原纤维网之间；也不能太湿，因为粘接剂主要还是树脂，本身是疏水材料，太湿也无法进入胶原纤维网。) @" N2 w6 ]5 ~2 b2 |
" l  C7 }4 i  }
现在这个湿度的把控，都是靠操作者的经验，小至牙科诊所，大到顶尖牙科医院，都是如此。用我们老师的话讲，“让牙齿的湿度保持，海浪退潮后的沙滩，的状态”。
* x$ Q7 K9 P6 M0 o$ s# G" n3 I" x: ?: n" R
甚至在一些研究粘接材料的实验中，反映牙齿表面湿度的变量，只能用，清水冲洗牙齿表面后，气枪吹动的时间来代替。
4 V; {9 Q8 C% r2 q* ?/ V/ w! ]- ]+ c' w: X& Z

1 ?; \7 O# P0 s  o2 D6 E
作者: 齐若散    时间: 2020-5-28 00:31
不局限于土壤中取样，而在空气中取样呢，比如一个收集器悬于土壤上方，当进入里面的蒸汽“很少”时就认为土比较干了。
作者: smileREGENT    时间: 2020-5-28 00:38
本帖最后由 smileREGENT 于 2020-5-28 00:46 编辑
" Q0 _1 ~( L8 q" z0 A0 n  V- a$ A1 Z  j2 |, S9 o
请教，荧光在这方面目前有无应用，研究前景如何？
- u) W6 _) w' I
- h8 Q! a# H0 v2 d. r看到篇所谓《基于聚集诱导发光的湿度可视化探针》的报道？: d6 i0 K$ d* F) ^' q8 {
3 ^9 o) b1 i- L5 ?3 S
https://www.x-mol.com/news/11164
作者: cooker    时间: 2020-5-28 00:41
齐若散 发表于 2020-5-28 00:317 S3 ~( m) \8 R! F0 U+ p8 L
不局限于土壤中取样，而在空气中取样呢，比如一个收集器悬于土壤上方，当进入里面的蒸汽“很少”时就认为土 ...
' z6 H5 s/ ~" I  G, ^7 m( H
土壤湿度和空气湿度的变化率是很不一样的。不同的土壤的湿度变化率也不一样。比如说加了PEAT MOSS的土保湿能力就非常好。土壤的湿度传感器就是需要捕捉这种数据。放在空气中是不行的。
作者: 四处乱晃    时间: 2020-5-28 00:58
最终还是要其他参数来校正湿度，而且数学模型很重要。实应用技术中用户只想看最终结果并不关心数学模型怎么校正，只要用结果告诉他们怎么灌溉就好了。
作者: 可梦之    时间: 2020-5-28 01:08
smileREGENT 发表于 2020-5-28 00:38
% T# X1 Y; U$ \/ R& d4 h请教，荧光在这方面目前有无应用，研究前景如何？
, B! G( I- X8 u8 N8 j' ]: @% D6 P! _4 E" [# V
看到篇所谓《基于聚集诱导发光的湿度可视化探针》的报道 ...
! Y+ w4 ?- b3 L! E$ a/ f1 M
这方面没有研究过，多谢提供资料。我看了一下，感觉可能测量空气湿度比较好，在土壤里，不知道荧光是不是会受其他因素影响。这种前沿研究一般距离工程化还比较远，成本也吃不消。
作者: 可梦之    时间: 2020-5-28 01:17
齐若散 发表于 2020-5-28 00:31
9 x- Q3 |) }* Y" k不局限于土壤中取样，而在空气中取样呢，比如一个收集器悬于土壤上方，当进入里面的蒸汽“很少”时就认为土 ...
, L" {; M! C0 U& B
空气湿度和土壤湿度没有必然联系。有可能土壤很湿润，但是蒸发量很小，光照强度、土壤类型、温度、植被乐行、都会影响到蒸发量。
作者: 雨楼    时间: 2020-5-28 05:26
土壤那里杂质太多了，不像空气，相对纯净。- ~; I* v: }+ F# z% s
建筑工程中有现场测土壤含水率的设备用的是中子法/r-射线法的老设备。新设备用的是时域反射法(Time domainreflectrometry,TDR)。/ c1 Z; A# t% e( W9 T% b) ^& m8 T& \

  D& p4 D: N, a! f  E电阻法应该是快被淘汰的方法了。
作者: 松叶牡丹    时间: 2020-5-28 05:59
本帖最后由 松叶牡丹 于 2020-5-28 06:00 编辑 # ^! m) o/ @) Y  j$ I9 |
smileREGENT 发表于 2020-5-28 00:24* I" o7 a8 R0 T+ v+ Y5 G3 F
口腔里的操作也受限于湿度。
2 ?3 k; k; s! E# ^+ a5 H0 z5 f( F" q0 t
树脂补牙的时候，要先涂一层粘接剂，让其进入牙本质的胶原纤维网中，形成微机 ...
" t. T# W: Q0 ^9 \1 y8 ?0 b7 m# ?

, q. Y8 e2 m# P4 W* e小老鼠牙医，请教一下，男孩子门牙一般多大年龄换呢？换早换迟有没有影响？怎么我们小朋友班上其他同学门牙都没了，我们家的一点要换的迹象都没有。3 _/ Z/ B+ d: b& F# d  J8 l4 C
作者: 数值分析    时间: 2020-5-28 07:35
核磁共振呢？我记得核磁共振看得主要就是水（准确地说 水中的氢原子）
作者: mezhan    时间: 2020-5-28 07:46
我看 出路是 无土栽培.
% f2 E& U  j5 j1 T5 v  G
作者: smileREGENT    时间: 2020-5-28 09:17
本帖最后由 smileREGENT 于 2020-5-28 09:52 编辑
6 I) S5 F: G5 p- b+ k
松叶牡丹 发表于 2020-5-28 05:59
) R2 ^  j% X- h0 D2 R9 R2 ?小老鼠牙医，请教一下，男孩子门牙一般多大年龄换呢？换早换迟有没有影响？怎么我们小朋友班上其他同学门 ...

. v. _% B: w* u% _* k
6 l, }' C9 \9 L" Y( z/ V$ k. O/ d6 p

* B" [( y+ Y  ?' P* T0 p2 b1 [8 l  Y- v# ]1 A/ Z+ ?
请看这篇日志：http://www.aswetalk.net/bbs/home ... ward=1&id=86430! F7 ^( Y% E, J8 F; F1 E8 @
作者: pcb    时间: 2020-5-28 09:49
数值分析 发表于 2020-5-28 07:35* z4 O- p+ I& G) b* I+ ^0 E# T& i
核磁共振呢？我记得核磁共振看得主要就是水（准确地说 水中的氢原子）
: d& M. s( e$ w/ {* ?
除了水，其他很多东西里面有氢
5 |0 j7 e+ K2 ~* W核磁除了氢谱，还可以做很多其他原子的谱
作者: 数值分析    时间: 2020-5-28 10:03
pcb 发表于 2020-5-28 09:493 P1 x: h; [% M9 m* a" w* a6 e
除了水，其他很多东西里面有氢
4 O8 W) W7 f2 R! _核磁除了氢谱，还可以做很多其他原子的谱 ...

% v% V( u; N8 o这我知道 理论上自旋不为零的原子核都可以成像 现在不是说看水测土壤湿度么 土壤里绝大部分的氢原子核是来自于水
作者: 数值分析    时间: 2020-5-28 10:17
本帖最后由 数值分析 于 2020-5-28 10:18 编辑
6 R9 _7 W  ]; S" V$ }# f  `
, K4 r! d% B9 l6 o, h国际原子能机构 有过一篇文章 Using cosmic rays to measure moisture levels in soil 有借鉴意义么？; H9 w7 O9 \4 \8 h9 q6 @. Q- {
https://www.iaea.org/sites/defau ... l593_sept2018_0.pdf
作者: 捣江湖    时间: 2020-5-28 10:18
可以考虑 ，化学 ，生物 在湿度影响情况下 转电信号
作者: 随便看看    时间: 2020-5-28 11:11
渗透压是个好方法，可用考虑使用一个电磁阀来隔绝外部土壤与传感器内部的连接，传感器内置一个加热器，通过定时开启电磁阀获得湿度后关闭阀门测量蒸干时间来反推湿度。



欢迎光临 爱吱声 (http://www.aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2